分析與探索大規模光伏發電對電力系統的影響

蔡潤溟

摘要：隨著能源的不斷開發與利用，未來太陽能光伏發電有望得到大量應用并在能源結構中占有重要地位，光伏發電作為一種清潔能源，為電力事業的發展提供了新方向，但是大規模的使用會對電力系統造成什么樣的影響與沖擊仍是各界人士擔心與懷疑的問題。探討了大規模光伏發電對電力系統的影響， 最后提出了發展我國大規模光伏發電及其電力系統的步驟和建議。

關鍵詞：大規模 光伏發電 電力系統 影響

一、 大規模光伏發電的現狀

光伏發電是一種將光能轉化為電能的一種技術，它的產生原理是利用半導體界面的光生伏特效應原理。光伏發電由太陽能電池組件、控制器和逆變器組成。 太陽能是一種分布廣泛的可再生資源。在我國太陽能資源的分布很廣，尤其是我國的西北地區。伴隨著光伏組件的成本越來越低和技術的不斷創新，將太陽能轉化為電能成為電力系統中越來越重要的一部分。大規模的光伏發電是今后不可限量的可再生資源。

我國光伏發電還存在很多不足。首先，對于光伏發電的原材料需要國外進口，而制作太陽能電池卻用于出口。因此，光伏發電的成本很高。其次，由于國外市場限制進口太陽能電池，影響到我國的伏電產業的經濟利益，不利于伏電產業的發展，再加上國內光伏產業的不斷增加更影響其產業的發展。第三，對偏遠地區的獨立光伏電站的維護沒有得到及時地處理，成為光伏發電的效能得不到發揮。最后，雖然有《可再生能源法》的保障，但是其實施的效果卻不明顯，有待提高。

二、 大規模光伏發電對電力系統的影響

1、大規模光伏發電對有功頻率特性的影響

光伏發電具有的特性包括外出力的速記波動性、靜止的電源、環路器并網過程中的無轉動慣性、低電壓穿越期間的不同特征以及脫網現象比較頻繁等， 這些特性的存在使得大規模光伏發電的介入會使得系統的穩態與暫態特性發生變化， 進而對整個系統的運行與規劃帶來根本性的影響。光伏發電的過程會產生大幅度的頻繁的隨機波動，進而對系統的平衡造成沖擊，影響系統的一次以及二次調頻，對系統的有功經濟調度等運行特性都有著根本性的影響與作用； 同時系統備用的優化策略也會因為大規模光伏發電的接入而不得不做出適時的調整與變化；此外，因為電源是靜止的元件，所以隨著接入的光伏發電的規模的增大，電源的不足之處便逐漸明顯，需要不斷更換電源以適應光伏發電的需要， 甚至會因為光伏發電的功率過大而使得系統崩潰，需要對系統不斷進行維護。

2、對無功電壓的影響

大規模光伏發電主要在沙漠地區，這樣的地區負荷水平偏低，電網的短路容量小，大規模光伏發電要通過高壓輸電網進行長距離送到，其波動的有功頻率穿過附近區域電網和輸電通道，對電網無功電壓有影響，對途徑的主線電壓會產生影響。而且，光伏電源無功電壓的控制能力不高，產生電壓質量和穩定性的危險。大規模光伏進去既定的電網，改變了電網的原本構架，單一電源演變成兩個甚至兩個以上的電源模式，使整個電網的控制增加了難度。

3、對功角穩定性的影響

攻角失穩的主要表現便是振蕩型的失穩。 因為波動的光伏出力改變了系統運行的特點， 加上并網的逆變器與常規機具有不同的控制策略，所以系統的阻尼會在外界的影響下發生變化，進而改變系統原有的機電震蕩的模式， 帶來新頻段范圍內的振蕩。 但是具體的光伏發電的接入會為系統帶來怎樣的影響，需要根據實際情況進行具體的分析。

4、對小擾動穩定性的影響

光伏電池雖然沒有動力學穩定問題，卻有電氣運行不穩定問題，因此大規模光伏進入對電網的穩定性有影響。小擾動分析法可以分析出電網運行的不穩定性部分，其不穩定部分多出現在與最大功率接近的地方。不穩定功率的發生使直流側電壓升高，影響電源的穩定運行。

5、大規模光伏發電對電能質量的影響

伴隨著大規模光伏的進入，電子的應用系統加入了大量非線性負載，造成電力系統污染，使電能質量受到影響。在太陽光劇烈變化和輸出功率低下的狀況下，會產生很大的諧波，也會產生電流諧波疊加等問題。

三、決策意見

建議從現在起就大力研究解決未來光伏發電大規模應用的經濟。技術上的瓶頸， 以便大幅度降低造價和每度電成本并解決遠距離。大容量電力外送及大規模電能儲存等難題。在研究的基礎上建設大規模的光伏發電示范電站，并將光電送往負荷中心。鑒于大規模光伏發電所占面積較大。且需要盡可能長的日照、大規模光伏發電站群可考慮優先布置在我國沙漠及沙漠化土地地區。內蒙古地區的戈壁灘可作為大規模太陽能光伏發電基地的首選地點。在內蒙古地區的戈壁灘開發大規模太陽能光伏發電的潛力巨大，在2000km2的戈壁灘面積上可布置100GW 的光電裝機。消納其電力的方式有二。 其一為電力外送，主送方向為西北、 華北、 華中和華東地區的聯合運行電網。上述地區承受內蒙古太陽能光伏發電的大規模電力外送能力大致為300GW。如考慮地區水電站水庫。抽水蓄能等儲能手段、并考慮該地區與其它地區電網聯網、可將部分電力轉送、則接受光電能力還可增加。其二為就地消納光伏發電的電力和電量、如采取就地建設高耗能工業或用于電解制氫并經壓縮后轉運等。

目前為止，已經研制成功的平臺包括 PSD-BPA以及 PSASP 兩大類，這兩類平臺集成了光伏發電的動態以及穩態模型，初步形成了大規模光伏發電并網的仿真手段，并且一些商業性質較強的平臺軟件已經具有了靈活的自定義的功能模塊，這些平臺研發為發電站的建模研究提供了基礎。

結語

光伏發電具有清潔無污染的特性，是比較理想的清潔能源之一，隨著人類資源的不斷開發，資源出現匱乏的狀態，以太陽能為主要形式的大規模光伏發電的應用，對電力系統有許多方面的影響，大規模光伏發電的發展前景也是可觀的。研究和探討極大規模光伏發電在我國應用的可行性是很有必要的。

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